泥石流地災治理設計和施工技術探討

潘福來

廣東省水文地質大隊 廣東 廣州 510510

1 引言

以某隧道口上方山谷泥石流地災治理工程為例，災害發生區域為低山丘陵，最高海拔約178.8m，最低海拔56.0m。泥石流發育溝谷為小型V型谷，長度約110m，寬約15～20m，坡降為450～540‰，地表巖土層為坡殘積砂質黏性土，含砂量較大，粘性較差，溝谷中分布大量花崗片麻巖孤石，溝谷上游分布有古崩塌堆積體。本次泥石流屬于暴雨型泥石流，是降雨、地形地貌、固體松散堆積物等因素共同作用的結果。災害發生時當地多日連續暴雨，滿足泥石流的激發因素和水源條件，區域自然山體坡度大，雨水匯流速度快，峰量和能量成倍增長，高能量流體在流動過程中起動泥沙和掏蝕沖刷能力強，引起溝域內小型崩塌增多，泥石流堆積物包含大量塊石直接覆蓋隧道西行出口的路面，嚴重威脅到高速公路的行車安全[1]。

2 泥石流治理設計

2.1 治理區地質概況

根據勘查報告，治理區主要巖土層為第四系崩積（Q4col）粉質黏土、泥石流堆積（Q4set）砂土、坡殘積（Qdl+el）砂質粘性土，下伏基巖為下古生界（Pz1）花崗片麻巖。各巖土層設計參數見表1。

表1 巖土層設計參數表

2.2 治理設計思路

本次治理設計采用工程治理輔以安全監測，確保地質災害不影響高速公路安全為原則。根據泥石流災害分為3個區：形成區、流通區和流堆積區，針對每個治理分區主要設計思路為：

1）泥石流形成區

該區坡度較陡，溝谷上游存在不穩定邊坡，擬考慮采用格構梁+錨桿進行加固，格構梁間掛三維網植草，防止山體滑坡、崩塌產生新的物源。

2）泥石流流通區

該區分布有較多孤石，且土體較為松散，被雨水沖刷后部分流失。擬考慮將孤石進行清理（無法清理的采用人工鑿平），并修整坡面后采用掛網噴錨加錨桿加固。溝谷兩側植被部分破壞，且存在較多滾石，擬采用主動網加固治理，主動網應繞開附近喬木，治理應盡量減小對原有植被的破壞[2]。

為避免后期有其它外來泥、石對下部高速公路造成威脅，在該區設置兩道樁板式攔石墻，阻隔外來泥、石，同時板式攔石墻也兼顧抗滑樁之作用。

3）泥石流堆積區

根據現場情況，及時將堆積泥沙、塊石清理干凈，完善布置排水系統，保證治理區排水通暢。

圖1 治理設計平面布置圖

2.2 主要設計工程措施

2.2.1 格構梁+錨桿（索）

在泥石流形成區，采用格構梁+錨桿（索）對不穩定斜坡進行加固，防止因沖刷、崩塌及滑坡產生新的物源。

格構梁主要設計參數：

1）為井字形格構，格構梁節點處設錨桿（索）。

2）采用鋼筋混凝土結構，縱橫梁截面尺寸高×寬=300×400mm。

3）格構梁、壓頂梁及基礎梁砼為C30，保護層厚度除注明外均為35mm。

4）梁嵌入坡面巖土體250mm；格構梁間掛三維網噴播植草綠化。

5）格構梁底部設置基礎梁，頂部設置壓頂梁。

錨桿（索）主要設計參數：

1）錨桿成孔直徑D≥130mm，錨索D≥150mm，傾角20度，成孔深度應超過錨桿設計長度不少于0.5m。

2）錨桿材料為HRB400Φ32螺紋鋼筋，錨索材料為高強鋼絞線。

3）錨桿（索）間距：垂直向2.0m，水平向2.0～2.5m。

4）注漿材料為水泥凈漿，水灰比0.45～0.5，漿體材料28天的無側限抗壓強度，不應低于25MPa，錨索漿體不應低于30MPa，采用強度等級為P·042.5R普硅水泥。

2.2.2 噴錨網

在流通區為暴雨防止沖刷溝谷產生崩塌和滾石，采用噴錨網對溝谷進行防護，掛網鋼筋采用雙層A10@200×200mm，設HRB400級直徑16橫向及縱向加強筋，鋼筋網可采用綁扎固定，鋼筋連接采用搭接焊，焊縫長度不小于鋼筋直徑的10倍。噴射砼強度等級不低于C20，厚度200mm，坡頂插HRB400級直徑20mm@1500鋼筋插筋，長度1.5m。水泥為42.5R普通硅酸鹽水泥。

2.2.3 樁板式攔石墻

為攔阻隨泥石流滾落的塊石，在流通區設立兩道樁板式攔石墻。采用1.0x1.5m人工挖孔樁，板厚400mm，高度約5m，與挖孔樁樁柱一起現澆施工，泄水孔中內插工字鋼。混凝土采用C30商品砼[3]。

2.2.4 疏排水措施

包括坡頂截水溝、坡中豎向排水溝（跌水槽）及其沉砂池、坡底排洪溝、消能池等幾部分組成。根據當地暴雨強度和洪峰流量的經驗公式確定截排水溝尺寸，主要設計參數如下：

1）截水溝：底寬1.0m，高0.8m，壁厚0.2m；排水溝：底寬1.0m，上口寬1.0m，高0.8m，壁厚0.2m，山體以下設置蓋板。

2）跌水槽：踏步凈寬1000mm。

3）排水溝、截水溝及跌水槽等均采用C30鋼筋砼現澆。截水溝外側1m、坡頂與截水溝間及坡中馬道、坡腳排水溝兩側各1m均需采用100mm厚C20素砼進行封閉處理，并保持3%左右的排水坡度，以利排水[4]。

圖2 典型治理設計縱斷面圖

3 治理工程施工技術要求

治理工程所使用的原材料、半成品、成品等，均應具備出廠合格證，規格應符合設計要求，并按規范要求進行抽樣檢測，砼、砂漿等應進行抗壓強度試驗。所用直徑大于10mm的鋼筋均為HRB400螺紋鋼，直徑小于等于10mm的鋼筋均為HPB300圓筋，鋼筋連接頭等級按照Ⅱ級接頭控制，直徑≥20mm采用套筒連接。水泥采用P·042.5R普通硅酸鹽水泥，混凝土采用商品混凝土，砂漿采用M10預拌砌筑砂漿。涉及邊坡相關工序施工時應打設腳手架或操作平臺，坡面高空施工作業時應做好安全防護，并按照規定編制相關的安全專項施工方案，并要求采用動態法施工，應加強現場巡查、踏勘和監測以及地層地質和地質構造的測繪工作。

3.1 錨桿（索）施工技術要求

1）采用風動潛孔鉆機械成孔，高壓風清孔，孔位允許偏差±20mm，成孔傾斜度允許偏差±2%，成孔深度應超過設計長度不少于0.5m。灌漿前應清孔，吹干凈孔內土（巖）渣。

2）錨桿注漿采用孔底反漿法，注漿管應插至距孔底200mm處。注漿壓力宜為0.5～0.8MPa。錨索注漿采用二次高壓注漿工藝,第一次注漿自孔底向外壓漿，至孔口冒濃漿后完成，第二次注漿為高壓注劈裂漿，利用預留注漿管，待第一次注漿體初凝之后，水泥結石體達到5MPa后進行第二次注漿，一般12～24小時內進行二次劈裂注漿，初始注漿壓力應大于2.5MPa，穩定壓力大于1.0MPa。

3）注漿材料為水泥凈漿，所用水泥為P·0.42.5R普硅水泥，水灰比0.45～0.50，漿體材料28天的無側限抗壓強度，錨桿不低于25MPa，錨索不低于M30，必要時可適量加入速凝劑、膨脹劑等添加劑。

4）預應力錨索在錨固體強度達到設計強度80%后方可進行張拉鎖定。每根錨索均應按設計拉力的1.1倍進行超張拉，直至壓力表穩定后鎖定，預應力保留值應滿足設計要求；對于同一榀格構梁上的錨索，按“先中間、再兩邊”的順序張拉。張拉后錨頭進行及時封錨，封錨前應對墊板、錨具及外留鋼絞線仔細涂刷防銹劑及防護劑，最后用C30砼將錨具及外露鋼絞線、墊板封死，保護層厚度不得小于50mm。

3.2 格構梁施工技術要求

1）施工順序：測線定位→梁槽開挖→鋼筋制安、錨桿頭制安→裝模→澆筑砼→拆模→養護。

2）測放梁槽位置后，按梁設計尺寸采用人工開挖梁槽，梁的截面尺寸不小于設計值，做好轉彎、漸變、圓弧、變坡等特殊坡段的連接，確保格構梁的外觀質量。

3）鋼筋綁扎沿挖好溝槽進行，溝槽底設保護層墊塊，鋼筋綁扎完成后在梁頂部采用方木條支模以保證整體梁的直線度，支模應牢固，防止砼澆筑時爆模。

4）梁砼強度等級為C30，采用現澆工藝，澆筑時采取有效措施保證澆筑質量。砼澆搗時應保持砼表面平整、濕潤光澤、無干斑及滑移流趟現象。每隔20m左右設置一道變形縫，縫寬20mm～30mm，縫內填塞瀝青麻筋。

5）對已澆注完畢的格構梁，應及時派專人進行澆水養護，養護期一般不少于7天。達到設計強度要求后，方可進行格構內漿砌石及綠化作業[5]。

3.3 掛網噴砼施工技術要求

1）掛網噴砼施工前應先進行清坡，保證坡面平整。

2）噴射砼原材料采用P ·042.5R普硅水泥，干凈的中粗砂和粒徑小于15mm的礫石，水泥與砂石的重量比宜取1:4～1:4.5，砂率宜取45%～55%，水灰比宜取0.4～0.45。

3）噴砼面層采用雙層雙向鋼筋網φ10@200×200，加強筋為2根HRB400Φ16鋼筋。噴射混凝土強度等級C20，厚度200mm。噴射時，應控制好水灰比，保持混凝土表面平整，呈濕潤光澤，無干斑或滑淌現象。

4）噴射作業應分段分片依次進行，每段施工長度不宜大于20m，并采用間隔跳槽施工。同一分段內噴射順序應自下而上，初噴30mm后，掛網噴射第二層。

5）掛網鋼筋層與層之間搭接采用彎鉤連接，相互搭接長度不小于30cm。鋼筋使用前應調直，并清除污銹。

3.4 樁板式攔石墻施工技術

1）施工順序：第一序樁施工、第二序樁施工、土方開挖和擋板施工交叉進行。

2）樁孔采用人工開挖方式，以間隔方式開挖，從坡體兩側向中部縱、橫向跳槽開挖。開挖過程中應及時進行鋼筋混凝土護壁，護壁的單次高度根據一次最大開挖深度確定，一般每開挖1m左右，護壁一節。

3）樁孔應經檢查合格，按要求進行鋼筋籠制作與安裝，樁身混凝土灌注采用干法灌注，通過串筒或導管注入樁孔，串筒或導管的下口與混凝土面的距離為1～3m。混凝土灌注應連續進行，每連續灌注0.5～0.7m時，應插入振動器振搗密實一次。

4）對出露地表的抗滑樁應及時派專人用麻袋、草簾加以覆蓋并澆清水進行養護，養護期應在7天以上。

4 結束語

綜上所述，在泥石流形成區采用格構梁+錨桿（索）對不穩定斜坡防護，流通區采用噴錨網對溝谷加固，防止暴雨沖刷崩塌，減少產生泥石流的物源；在流通區中下部修建樁板式攔石墻，攔截泥石流塊石，防止塊石滾落至高速公路路面，同時設置合理的疏排水措施，減少產生泥石流的水源，通過多種綜合工程措施較好防范泥石流再次發生，保障交通設施的安全。